CN116067408A - 一种相位展开方法、系统、装置及介质 - Google Patents

一种相位展开方法、系统、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相位展开方法、系统、装置及介质，方法包括：获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；基于初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；基于二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据残差点对二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；通过预设方法对可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；直至二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号。本发明实时有效地避免了由于噪声干扰导致的解缠误差沿着积分路径传播的问题，可广泛应用于相位展开技术领域。

Description

一种相位展开方法、系统、装置及介质
技术领域
本发明涉及相位展开技术领域，尤其是一种相位展开方法、系统、装置及介质。
背景技术
现有技术中，基于相敏光时域反射计的DAS技术以其远距离大范围监测功能、多点干扰同步定位、抗电磁干扰等优点，在安全监测、结构检测和危险区域检测等领域得到广泛研究。其研究方向由早期的理论模型分析以及系统关键器件性能的改善逐步转向提高系统入侵检测能力，如：低空间分辨率、高信噪比、大传感距离和大动态范围等。大多数DAS系统的相位提取方法，如：3×3耦合器法、相位生成载波(PGC)法、TGD-OFDR法和数字相干解调法，由于相位自身的周期变化性，只得到了包裹相位，即初始相位在[-π，π]范围内。需要进一步利用相位展开算法进行相位解缠绕，展开效果的好坏直接影响了结果的精确性和一致性。不幸的是，在实际应用中，由于系统欠采样、I/Q不平衡和环境噪声等影响，展开相位出现缠绕甚至失真，严重降低了信号识别率，成为实用化继续深入的技术瓶颈之一。因此，稳定和准确的展开相位对提高信号的识别率奠定重要的基础。
专利CN110926510B公开了一种“基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法及装置”，通过在Φ-OTDR中交替注入主探测脉冲光和与其周期和脉宽一致，但有一定频率差的辅助探测脉冲光，并对相干检测得到的信号分别进行相位解调，以参考点后续各点的统计相位与参考点的统计相位作差后，将主探测脉冲光和辅助探测脉冲光包裹的差分相位按照时间顺序进行排列，基于组合脉冲序列解缠绕后再将主探测脉冲光的差分相位分离出来，并在时域作差计算其相位变化，借助于相位变化的线性特征识别出正确的解相位置后，可实现对超过相位解缠绕限制的加速度的准确解调。然而，低信噪比和高系统复杂度等问题，限制了该类方法的应用范围。
Fan等人在IEEE Journal of Lightwave Technology[2021，39(22),7274-7280]上发表的文章“Large Dynamic Range Optical Fiber Distributed Acoustic Sensing(DAS)with Differential-Unwrapping-Integral Algorithm”，提出并演示了差分解缠积分(DUI)算法以替代传统的解缠算法进行大信号恢复。利用微分运算对信号幅度进行压缩，之后通过多次积分运算和多项式拟合补偿算法恢复原始相位。显而易见，多次微分积分大量增加了数据处理压力，降低了系统实时处理能力。鉴于此，如何实现实时高效的相位展开是一个亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种相位展开方法、系统、装置及介质，能够有效实现实时高效的相位展开。
一方面，本发明的实施例提供了一种相位展开方法，包括：
获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；
基于所述初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；
基于所述二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据所述残差点对所述二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；其中，所述可靠区域存在残差点，所述不可靠区域不存在残差点；
通过预设方法对所述可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在所述不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对所述动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；
直至所述二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号。
可选地，所述获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位，包括：
获取分布式声学传感系统采集的瑞利散射信号；
对所述瑞利散射信号进行正交解调，通过反正切展开，得到初步缠绕相位；
其中，所述初步缠绕相位包括光纤的振动位置信息和时间信息。
可选地，所述基于所述初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图，包括：
根据所述初步缠绕相位，沿时间线整合形成随时间变换的动态的二维缠绕相位图。
可选地，所述搜索残差点这一步骤中，包括以下步骤：
在所述二维缠绕相位图中取出单元闭环，确定所述单元闭环的邻点相位差；
基于所述邻点相位差，通过二阶的环路积分进行残差点判断；
其中，所述残差点判断的结果包括正残差点、负残差点和非残差点。
可选地，所述在所述不可靠区域中建立动态滑动窗口，包括：
沿所述二维缠绕相位图的时间线，以初始检测到的所述残差点作为起始点建立滑动窗口，对所述滑动窗口进行动态扩展；
根据所述动态扩展的滑动窗口内的所述残差点建立枝切线，直至所述动态扩展的滑动窗口内的所有枝切线达到平衡状态，结束滑动窗口的动态扩展。
可选地，所述根据所述动态扩展的滑动窗口内的所述残差点建立枝切线，包括：
在所述动态扩展的滑动窗口内的确定目标残差点；
从所述目标残差点出发，以所述目标残差点为中心，基于预设闭环范围搜索残差点；
通过枝切线连接所述目标残差点和搜索到的残差点，基于预设条件判断所述枝切线是否达到平衡状态；其中，所述预设条件包括枝切线的总电荷量为零或枝切线到达边界；
当所述枝切线到达平衡状态，完成所述枝切线的建立；否则，扩大所述预设闭环范围继续搜索残差点加入所述枝切线，直至所述枝切线达到平衡状态。
可选地，所述通过回溯递归法对所述动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开，包括：
基于时间顺序，以所述动态滑动窗口的起始相位为起点，从左到右避开所有所述枝切线确定目标积分路径；
基于所述目标积分路径，通过所述预设方法进行相位展开；其中，所述预设方法包括ltoh法则。
另一方面，本发明的实施例提供了一种相位展开系统，包括：
第一模块，用于获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；
第二模块，用于基于所述初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；
第三模块，用于基于所述二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据所述残差点对所述二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；其中，所述可靠区域存在残差点，所述不可靠区域不存在残差点；
第四模块，用于通过预设方法对所述可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在所述不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对所述动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；
第五模块，用于直至所述二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号。
另一方面，本发明的实施例提供了一种相位展开装置，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器执行所述程序实现如前面所述的方法。
另一方面，本发明的实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如前面所述的方法。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。
本发明实施例首先获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；基于所述初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；基于所述二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据所述残差点对所述二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；其中，所述可靠区域存在残差点，所述不可靠区域不存在残差点；通过预设方法对所述可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在所述不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对所述动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；直至所述二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号。本发明通过对残差点的搜索标记，将二维缠绕相位图划分为可靠区域和不可靠区域，进而通过对各区域的适应性相位展开能够有效提高相位展开效率，并且通过对不可靠区域的动态滑动窗口建立结合回溯递归法能够实现实时高效的相位展开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种相位展开方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的2×2单元闭环的示意图；
图3为本发明实施例提供的递归枝切的过程原理示意图；
图4为本发明实施例提供的3×3单元闭环的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种相位展开方法的整体流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种相位展开系统的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种相位展开装置的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，参照图1，本发明的实施例提供了一种相位展开方法，包括：
S100、获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；
需要说明的是，一些实施例中，获取分布式声学传感系统采集的瑞利散射信号；对瑞利散射信号进行正交解调，通过反正切展开，得到初步缠绕相位；其中，初步缠绕相位包括光纤的振动位置信息和时间信息。
具体地，对DAS(Distributed Acoustic Sensing，分布式声学传感)系统采集的瑞利散射信号进行正交解调，通过反正切展开后，得到初步缠绕相位
Figure BDA0004005665830000041
其中s表示光纤上的振动位置，t表示时间。
S200、基于初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；
需要说明的是，一些实施例中，根据初步缠绕相位，沿时间线整合形成随时间变换的动态的二维缠绕相位图。
具体地，根据初步缠绕相位
Figure BDA0004005665830000051
形成随时间变换的动态二维缠绕相位图。
S300、基于二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据残差点对二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；
需要说明的是，可靠区域存在残差点，不可靠区域不存在残差点；
具体地，沿时间线根据是否存在残差点将二维包裹相位图分为可靠区域与不可靠区域。对于未发现残差点的区域定义为可靠区域，否则定义为不可靠区域。
需要说明的是，一些实施例中，搜索残差点，包括：在二维缠绕相位图中取出单元闭环，确定单元闭环的邻点相位差；基于邻点相位差，通过二阶的环路积分进行残差点判断；其中，残差点判断的结果包括正残差点、负残差点和非残差点。
具体地，如图2所示，在二维包裹相位图中取出2×2单元闭环。沿着箭头所指的方向进行差分，若Δs(s＝1,2,3,4)表示相邻点之间的相位差，则：
Figure BDA0004005665830000052
Figure BDA0004005665830000053
其中，
Figure BDA0004005665830000054
即为相位在点(s,t)处时间方向偏微分的离散形式。之后，以该点为起点，在2×2单元闭环内累加相位差，可得：
Figure BDA0004005665830000055
其中，W{}表示包裹算子，得到相位主值，使得-π≤W{}≤π。显然，μ为一个二阶的环路积分。如果μ＝2π，那么该点为正残差点，电荷量表示为1；反之若μ＝-2π，那么该点为负残差点，电荷量表示为-1；如果μ＝0，那么该点则不是残差点。
需要说明的是，一些实施例中，在不可靠区域中建立动态滑动窗口，包括：沿二维缠绕相位图的时间线，以初始检测到的残差点作为起始点建立滑动窗口，对滑动窗口进行动态扩展；根据动态扩展的滑动窗口内的残差点建立枝切线，直至动态扩展的滑动窗口内的所有枝切线达到平衡状态，结束滑动窗口的动态扩展。
具体地，沿时间线检测残差点。若检测到，则以该点开始建立滑动窗口；进而形成枝切线，使得积分路径不能穿过枝切线进行积分；最终通过不断扩大动态滑动窗口长度，检测新的残差点，建立枝切线，直至窗内所有枝切线达到平衡状态，结束窗口扩展。
其中，根据动态扩展的滑动窗口内的残差点建立枝切线，包括：在动态扩展的滑动窗口内的确定目标残差点；从目标残差点出发，以目标残差点为中心，基于预设闭环范围搜索残差点；通过枝切线连接目标残差点和搜索到的残差点，基于预设条件判断枝切线是否达到平衡状态；其中，预设条件包括枝切线的总电荷量为零或枝切线到达边界；当枝切线到达平衡状态，完成枝切线的建立；否则，扩大预设闭环范围继续搜索残差点加入枝切线，直至枝切线达到平衡状态。
具体地，如图3所示，从动态滑动窗口中某一残差点出发，如图4所示，在以该点为中心的3×3闭环范围内搜索下一个残差点。如果搜索到了新的残差点，则将这两个残差点用枝切线连接起来并计算枝切线上的总电荷量。若总电荷量为零或枝切线已达到边界，则表示枝切线已达到平衡状态，此次枝切线建立完成；否则，将搜索中心移到新连接的残差点，继续在该范围内搜索下一个残差点。如果在3×3闭环区域内搜索结束后，枝切线未达到平衡状态，则扩大搜索范围(5×5，7×7，…)寻找下一个残差点加入枝切线，直至枝切线达到平衡状态。
S400、通过预设方法对可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；
需要说明的是，一些实施例中，通过回溯递归法对动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开，包括：基于时间顺序，以动态滑动窗口的起始相位为起点，从左到右避开所有枝切线确定目标积分路径；基于目标积分路径，通过预设方法进行相位展开；其中，预设方法包括ltoh法则。其中，其它实施例中，也可通过其它常规的相位展开方法进行相位展开。
具体地，如图3所示，在滑动窗口内，利用回溯递归的方法，按照时间顺序，以窗口起始相位为起点，从左到右避开所有枝切线确定最佳积分路径。之后，沿着积分路径采用常规相位展开方法Itoh法则逐一进行相位展开。
S500、直至二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号；
具体地，基于步骤S300和S400，直到展开全部相位，得到最终DAS系统输出信号。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，下述是对本发明的解释，不能看作对本发明的限制。
如图5所示，本发明的具体实施例的相位展开方法，包括以下步骤：
A.对DAS系统采集的瑞利散射信号进行正交解调，通过反正切展开后，得到初步缠绕相位
Figure BDA0004005665830000061
其中s表示光纤上的振动位置，t表示时间。
B.根据初步缠绕相位
Figure BDA0004005665830000071
形成随时间变换的动态二维缠绕相位图。
C.沿时间线根据是否存在残差点将二维包裹相位图分为可靠区域与不可靠区域。对于未发现残差点的区域，即可靠区域，通过Itoh法则正常展开解缠相位。对于不可靠区域，建立可调整长度的动态滑动窗口。
D.对动态滑动窗口内的缠绕相位，采用回溯递归法进行相位展开。
E.周而复始，不断重复步骤C-D，直至展开全部相位，得到最终DAS系统输出信号。
对于步骤C中的检测残差点的步骤具体包括：
如图2所示，在二维包裹相位图中取出2×2单元闭环。沿着箭头所指的方向进行差分，若Δs(s＝1,2,3,4)表示相邻点之间的相位差，则：
Figure BDA0004005665830000072
Figure BDA0004005665830000073
其中，
Figure BDA0004005665830000074
即为相位在点(s,t)处时间方向偏微分的离散形式。之后，以该点为起点，在2×2单元闭环内累加相位差，可得：
Figure BDA0004005665830000075
其中，W{}表示包裹算子，得到相位主值，使得-π≤W{}≤π。显然，μ为一个二阶的环路积分。如果μ＝2π，那么该点为正残差点，电荷量表示为1；反之若μ＝-2π，那么该点为负残差点，电荷量表示为-1；如果μ＝0，那么该点则不是残差点。
对于步骤C中的建立动态滑动窗口的步骤具体包括：
a.沿时间线检测残差点。若检测到，则以该点开始建立滑动窗口；
b.形成枝切线，使得积分路径不能穿过枝切线进行积分；
c.不断扩大动态滑动窗口长度，检测新的残差点，建立枝切线，直至窗内所有枝切线达到平衡状态，结束窗口扩展。
对于步骤b中的形成枝切线的步骤具体包括：
如图3所示，从动态滑动窗口中某一残差点出发，如图4所示，在以该点为中心的3×3闭环范围内搜索下一个残差点。如果搜索到了新的残差点，则将这两个残差点用枝切线连接起来并计算枝切线上的总电荷量。若总电荷量为零或枝切线已达到边界，则表示枝切线已达到平衡状态，此次枝切线建立完成；否则，将搜索中心移到新连接的残差点，继续在该范围内搜索下一个残差点。如果在3×3闭环区域内搜索结束后，枝切线未达到平衡状态，则扩大搜索范围(5×5，7×7，…)寻找下一个残差点加入枝切线，直至枝切线达到平衡状态。
对于步骤D中的采用回溯递归法进行相位展开的步骤具体包括：
如图3所示，在滑动窗口内，利用回溯递归的方法，按照时间顺序，以窗口起始相位为起点，从左到右避开所有枝切线确定最佳积分路径。之后，沿着积分路径采用常规相位展开方法Itoh法则逐一进行相位展开。
综上所述，本发明提供一种基于递归枝切算法的DAS系统的相位展开方法，以提高实时解调相位波形真实度。可以在不增加任何附加噪声和额外设备成本的情况下，实时有效地避免了由于噪声干扰导致的解缠误差沿着积分路径传播的问题。本发明通过将受噪声干扰的异常相位标记为残差点，并相互连接建立枝切线来标识二维包裹图中的不可靠区域。以第一残差点为滑动窗口开始位置，不断扩大窗口长度直至窗内枝切线电荷平衡。最后，通过回溯递归的方法避开所有枝切线，沿时间线搜寻最佳积分路径，展开待解缠相位。该方法可以在不增加任何附加噪声和额外设备成本的情况下，实时有效地避免了由于噪声干扰导致的解缠误差沿着积分路径传播的问题。
另一方面，参照图6，本发明的实施例提供了一种相位展开系统600，包括：第一模块610，用于获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；第二模块620，用于基于初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；第三模块630，用于基于二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据残差点对二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；其中，可靠区域存在残差点，不可靠区域不存在残差点；第四模块640，用于通过预设方法对可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；第五模块650，用于直至二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号。
本发明方法实施例的内容均适用于本系统实施例，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。
参照图7，本发明实施例的另一方面还提供了一种相位展开装置700，包括处理器710以及存储器720；
存储器720用于存储程序；
处理器710执行程序实现如前面的方法。
本发明方法实施例的内容均适用于本装置实施例，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。
本发明实施例的另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质存储有程序，程序被处理器执行实现如前面的方法。
本发明方法实施例的内容均适用于本计算机可读存储介质实施例，本计算机可读存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行装置、装置或设备(如基于计算机的装置、包括处理器的装置或其他可以从指令执行装置、装置或设备取指令并执行指令的装置)使用，或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行装置、装置或设备或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种相位展开方法，其特征在于，包括：
获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；
基于所述初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；
基于所述二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据所述残差点对所述二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；其中，所述可靠区域存在残差点，所述不可靠区域不存在残差点；
通过预设方法对所述可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在所述不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对所述动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；
直至所述二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种相位展开方法，其特征在于，所述获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位，包括：
获取分布式声学传感系统采集的瑞利散射信号；
对所述瑞利散射信号进行正交解调，通过反正切展开，得到初步缠绕相位；
其中，所述初步缠绕相位包括光纤的振动位置信息和时间信息。
3.根据权利要求1所述的一种相位展开方法，其特征在于，所述基于所述初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图，包括：
根据所述初步缠绕相位，沿时间线整合形成随时间变换的动态的二维缠绕相位图。
4.根据权利要求1所述的一种相位展开方法，其特征在于，所述搜索残差点这一步骤中，包括以下步骤：
在所述二维缠绕相位图中取出2×2单元闭环，确定所述单元闭环的邻点相位差；
基于所述邻点相位差，通过二阶的环路积分进行残差点判断；
其中，所述残差点判断的结果包括正残差点、负残差点和非残差点。
5.根据权利要求1所述的一种相位展开方法，其特征在于，所述在所述不可靠区域中建立动态滑动窗口，包括：
沿所述二维缠绕相位图的时间线，以初始检测到的所述残差点作为起始点建立滑动窗口，对所述滑动窗口进行动态扩展；
根据所述动态扩展的滑动窗口内的所述残差点建立枝切线，直至所述动态扩展的滑动窗口内的所有枝切线达到平衡状态，结束滑动窗口的动态扩展。
6.根据权利要求5所述的一种相位展开方法，其特征在于，所述根据所述动态扩展的滑动窗口内的所述残差点建立枝切线，包括：
在所述动态扩展的滑动窗口内的确定目标残差点；
从所述目标残差点出发，以所述目标残差点为中心，基于预设闭环范围搜索残差点；
通过枝切线连接所述目标残差点和搜索到的残差点，基于预设条件判断所述枝切线是否达到平衡状态；其中，所述预设条件包括枝切线的总电荷量为零或枝切线到达边界；
当所述枝切线到达平衡状态，完成所述枝切线的建立；否则，扩大所述预设闭环范围继续搜索残差点加入所述枝切线，直至所述枝切线达到平衡状态。
7.根据权利要求5所述的一种相位展开方法，其特征在于，所述通过回溯递归法对所述动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开，包括：
基于时间顺序，以所述动态滑动窗口的起始相位为起点，从左到右避开所有所述枝切线确定目标积分路径；
基于所述目标积分路径，通过所述预设方法进行相位展开；其中，所述预设方法包括ltoh法则。
8.一种相位展开系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于获取目标瑞利散射信号，进行预处理得到初步缠绕相位；
第二模块，用于基于所述初步缠绕相位，得到二维缠绕相位图；
第三模块，用于基于所述二维缠绕相位图的时间线，搜索残差点；根据所述残差点对所述二维缠绕相位图进行区域划分，得到可靠区域和不可靠区域；其中，所述可靠区域存在残差点，所述不可靠区域不存在残差点；
第四模块，用于通过预设方法对所述可靠区域内的缠绕相位进行相位展开；在所述不可靠区域中建立动态滑动窗口；通过回溯递归法对所述动态滑动窗口内的缠绕相位进行相位展开；
第五模块，用于直至所述二维缠绕相位图的所有缠绕相位全部展开，得到目标输出信号。
9.一种相位展开装置，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器执行所述程序实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101589431A (zh) * 2007-11-19 2009-11-25 松下电器产业株式会社 光学信息记录媒体及其检查方法和检查装置、及信息记录方法
WO2013093467A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 Shah Nikhil Koolesh Method of, and apparatus for, full waveform inversion
CN103279945A (zh) * 2013-04-26 2013-09-04 北京理工大学 一种基于质量图导引法和枝切法的干涉相位图解缠方法
CN105738896A (zh) * 2016-02-25 2016-07-06 内蒙古工业大学 一种地基sar多级边坡干涉相位解缠方法及装置
US20180203087A1 (en) * 2017-01-18 2018-07-19 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. Methods and apparatuses for phase unwrapping
CN110108200A (zh) * 2019-04-28 2019-08-09 北京卫星制造厂有限公司 一种基于改进枝切法的激光散斑相位解包裹方法
CN113311433A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 北京航空航天大学 一种质量图和最小费用流结合的InSAR干涉相位两步解缠方法
CN114791271A (zh) * 2022-04-22 2022-07-26 昆明理工大学 一种基于质量引导的枝切线相位解包裹方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101589431A (zh) * 2007-11-19 2009-11-25 松下电器产业株式会社 光学信息记录媒体及其检查方法和检查装置、及信息记录方法
WO2013093467A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 Shah Nikhil Koolesh Method of, and apparatus for, full waveform inversion
CN103279945A (zh) * 2013-04-26 2013-09-04 北京理工大学 一种基于质量图导引法和枝切法的干涉相位图解缠方法
CN105738896A (zh) * 2016-02-25 2016-07-06 内蒙古工业大学 一种地基sar多级边坡干涉相位解缠方法及装置
US20180203087A1 (en) * 2017-01-18 2018-07-19 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. Methods and apparatuses for phase unwrapping
CN110108200A (zh) * 2019-04-28 2019-08-09 北京卫星制造厂有限公司 一种基于改进枝切法的激光散斑相位解包裹方法
CN113311433A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 北京航空航天大学 一种质量图和最小费用流结合的InSAR干涉相位两步解缠方法
CN114791271A (zh) * 2022-04-22 2022-07-26 昆明理工大学 一种基于质量引导的枝切线相位解包裹方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WENJIE HAO 等: "Research on Positioning and Monitoring Method of Pipeline Abnormal State Based on Sliding Window Outlier Analysis", 《HINDAWI SCIENTIFIC PROGRAMMING》, pages 2 - 9 *
蒋锐 等: "一种基于等效残差点的InSAR相位解缠绕方法", 南京航空航天大学学报, vol. 45, no. 02, pages 210 - 216 *
陈立福 等: "基于密集残差区域划分的快速相位展开算法", 《宇航学报》, vol. 33, no. 2, pages 191 - 198 *

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